Kỹ thuật MIMO với nhiều ăng ten ở cả phần phát và phần thu là một giải pháp hiệu quả cải thiện dung lượng hệ thống. OFDM là kỹ thuật thường dùng để giảm fading gây ra bởi kênh truyền. Trong bài này, chúng tôi xét tỷ lệ lỗi bit (BER) theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của hệ thống MIMO – OFDM sử dụng kỹ thuật mã hóa không - thời gian (STBC) với điều chế QAM và so sánh với hệ thống OFDM. Kết quả cho thấy chất lượng của hệ thống MIMO – OFDM cao hơn.
CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 TỶ LỆ LỖI BIT TRONG HỆ THÔNG TIN MIMO - OFDM QUA KÊNH RAYLEIGH BIT ERROR RATE OF MIMO – OFDM COMMUNICATION SYSTEMS OVER THE RAYLEIGH CHANNEL ThS NGUYỄN THANH VÂN Khoa Điện – ĐT, Trường ĐHHH Việt Nam ThS LƯƠNG THỊ MINH THÚY Đại học Khoa học Tự nhiên ThS PHÍ THỊ NHƯỜNG Học viện An Ninh Tóm tắt Kỹ thuật MIMO với nhiều ăng ten phần phát phần thu giải pháp hiệu cải thiện dung lượng hệ thống OFDM kỹ thuật thường dùng để giảm fading gây kênh truyền Trong này, xét tỷ lệ lỗi bit (BER) theo tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR) hệ thống MIMO – OFDM sử dụng kỹ thuật mã hóa khơng - thời gian (STBC) với điều chế QAM so sánh với hệ thống OFDM Kết cho thấy chất lượng hệ thống MIMO – OFDM cao Abstract MIMO technique with multiple antennas at both transmitter and receiver is effective solution to improve the system capacity OFDM is a popular technique for mitigating channel fading In this paper we analyze BER versus SNR of MIMO – OFDM system using STBC technique with QAM modulation and compare with OFDM system The results show that the MIMO – OFDM system is better Keywords: MIMO - OFDM system, QAM modulation, Space Time Block Code STBC Đặt vấn đề Hệ thống thông tin di động luôn phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao tốc độ, tin cậy dịch vụ đa dạng [3], [6] OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất DVB-T, thông tin hữu tuyến DSL, thông tin vô tuyến IEEE 802.11a/g/n MIMO sử dụng 3G Việc kết hợp MIMO – OFDM để phát huy ưu điểm chúng nhằm dùng hệ tiếp sau: 4G, IEEE 802.16… có nhiều nghiên cứu thử nghiệm với hệ này, chẳng hạn như: [7] nghiên cứu chất lượng hệ MIMO – OFDM dùng điều chế BPSK Phần nghiên cứu hệ MIMO – OFDM ý đến xét tỷ lệ lỗi bit (BER) phụ thuộc vào SNR qua môi trường fading Rayleigh dùng điều chế QAM STBC nhằm đánh giá chất lượng hệ thống Nội dung, phương pháp mục đích nghiên cứu 2.1 Nội dung MIMO-OFDM kết hợp hai kỹ thuật MIMO OFDM để lợi dụng ưu điểm như: hiệu suất phổ cao, độ lợi phân tập ăng ten lớn nên thích hợp cho mơi trường đòi hỏi hệ thống băng rộng, chịu fading đa đường, phụ thuộc số [2] Một chuỗi tín hiệu đầu vào khối MIMO (điều chế mã hoá) thành dãy tín hiệu riêng biệt Từng dãy tín hiệu đưa vào khối phát OFDM tương ứng để chuyển thành tín hiệu MIMO-OFDM băng gốc Sau đưa đến khối TX để chuyển thành tín hiệu cao tần (khi cần thiết) truyền qua ăng ten Ngược lại với khối phát, khối thu giải mã tổng hợp dãy tín hiệu thành chuỗi tín hiệu ban đầu Trong thực tế hệ MIMO thường dùng khối STBC (Space Time Block Code) - kỹ thuật sử dụng để truyền nhiều phiên dòng liệu qua nhiều anten sử dụng phiên liệu nhận khác để nâng cao chất lượng tín hiệu nhận [8] Dữ liệu truyền khối mã hoá chúng phân phối qua ăng ten khơng gian theo thời gian [4] Về mặt tốn học để đơn giản ta xét trường hợp ăng ten phát ăng ten thu dùng STBC (kiểu Alamouti) với hệ OFDM gồm NC sóng mang Dữ liệu ban đầu đưa vào STBC khối gồm 2NC ký hiệu x1, x2,…, x2NC Ở lối mã hóa STBC ký hiệu xếp lại thành luồng: 32 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Luồng 1: x1, -x2*…,x2k-1, -x2k*…, x2NC-1, -x2NC* Luồng 2: x2, x1*…,x2k, x2k-1*…,x2NC, x2NC-1* Các luồng tín hiệu đưa đến hệ thống phát OFDM với kỹ thuật cần thiết để phát ăng ten Tín hiệu thu từ ăng ten qua hệ thống thu OFDM với kỹ thuật cần thiết tách thành luồng: Luồng 1: y1,1, y1,2….y1,2NC Luồng 2: y2,1, y2,2….y2,2NC Các luồng tín hiệu đưa đến giải mã kênh truyền biết Trong trường hợp kênh truyền khơng biết phải chèn tín hiệu pilot theo quy tắc trực giao để nơi thu tín hiệu nhận ăng ten phát Như vậy, nhờ tín hiệu pilot xác định kênh truyền Nhờ việc giải mã thực lúc với tín hiệu chu kỳ liên tiếp ăng ten thu [1] qua tổ hợp với: x1 = hi, j h x1 + i 1 j 1 x2 = h j ,i j 1 * j ,1 W1j + h j ,2 (W2j ) * (1) W1j - h j ,2 (W2j ) * (2) h x2 + i 1 j 1 j 1 * j ,2 Trong đó: W ij tập âm Gauss, trung bình 0, có giá trị ngẫu nhiên nên thành phần thứ hai (1) (2) tự bù trừ phần lớn, thành phần thứ tăng cường Việc định tín hiệu ban đầu phát theo nguyên lý hợp lý ML (Maximum Likelihood) biết x1 x2 2 xˆ1 arg min{[ ( h j ,1 h j ,2 ) 1] x1 d 2( x1 , xˆ1 )} xˆ1s 2 xˆ2 arg min{[ ( h j ,1 h j ,2 ) 1] x2 d 2( x2 , xˆ )} xˆ2 s (3) j 1 2 (4) j 1 Trong đó: S tập tín hiệu xét, d: khoảng cách Euclide Cuối ta thu 2NC ký hiệu : x xˆ xˆ1 ,…, xˆ2 Nc Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ MIMO – OFDM dùng mơ 2.2 Phương pháp thực hiện, mục đích Thực chương trình mơ dùng ngơn ngữ Matlab [5] cho hệ thống OFDM MIMOOFDM, MIMO (dùng STBC) qua kênh truyền fading Rayleigh với điều chế 16QAM Hiệu hai hệ thống đánh giá thơng qua đồ thị BER theo SNR Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 33 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Kết Hình 3.1 Giản đồ chòm tín hiệu 16 QAM (bên trái: phát, bên phải: thu) Hình 3.1 Giản đồ chòm tín hiệu 16 QAM (bên trái: phát, bên phải: thu) Hình 3.2 So sánh hiệu hệ thống OFDM MIMO - OFDM Kết cho thấy với điều chế QAM tỷ lệ lỗi bit BER hệ thống MIMO - OFDM nhỏ đáng kể so với OFDM Kết luận hướng phát triển Hệ thống MIMO - OFDM rõ ràng có hiệu tốt (phức tạp hơn) Hướng phát triển tìm hiểu ảnh hưởng thông số khác lên hệ thống nghiên cứu hệ MIMO quy mô lớn (Massive - MIMO) kết hợp với OFDM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Branka Vucetic & Jinhong Yuan, “Space-time coding”, 2003 [2] John R.Barry, “Broadband MIMO OFDM wireless communications”, 2004 [3] ThS Lê Văn Ninh, PGS TS Nguyễn Viết Kính, “Đồng tần số miền tần số cho OFDM”, chuyên san Các cơng trình nghiên cứu – triển khai viễn thơng công nghệ thông tin, pp.29-34 [4] ThS Nguyễn Anh Tuấn, “Phương pháp mã hóa khơng gian thời gian hệ thống MIMO số hướng nghiên cứu”, báo trình hội nghị khoa học lần thứ VI [5] Phạm Hồng Liên, Đăng Ngọc Khoa, Trần Thanh Phương, “Matlab ứng dụng Viễn Thông”, Nhà xuất Đại Học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 2006 [6] TS Phan Hồng Phương, KS Lâm Chi Thương, “Kỹ thuật phân tập anten cải thiện dung lượng hệ thống MIMO”, báo năm 2004 [7] Shruti Trivedi Mohd Sarwar Raeen , Shalendra Singh pawar, “BER Analysis of MIMO-OFDM System using BPSK Modulation Scheme”, International Journal of Advanced Computer Research, September - 2012 [8] Vahid Tarokh, Hamid Jafarkhani, and A R Calderbank, "Space–time block code from orthogonal designs", IEEE Transactions on Information Theory : 744–765, July 1999 Người phản biện: TS Trần Xuân Việt 34 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 ... 3.2 So sánh hiệu hệ thống OFDM MIMO - OFDM Kết cho thấy với điều chế QAM tỷ lệ lỗi bit BER hệ thống MIMO - OFDM nhỏ đáng kể so với OFDM Kết luận hướng phát triển Hệ thống MIMO - OFDM rõ ràng có... Matlab [5] cho hệ thống OFDM MIMOOFDM, MIMO (dùng STBC) qua kênh truyền fading Rayleigh với điều chế 16QAM Hiệu hai hệ thống đánh giá thông qua đồ thị BER theo SNR Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải... tần số cho OFDM , chun san Các cơng trình nghiên cứu – triển khai viễn thông công nghệ thông tin, pp.29-34 [4] ThS Nguyễn Anh Tuấn, “Phương pháp mã hóa khơng gian thời gian hệ thống MIMO số hướng